王曉東，賈 川，趙愛華

（1. 上海老港固廢綜合開發(fā)有限公司，上海 200237；2. 上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計院有限公司，上海200232；3.上海市環(huán)境工程設(shè)計科學(xué)研究院有限公司，上海 200232；4.上海城投（集團(tuán)） 有限公司，上海 200020）

生活垃圾無害化設(shè)施建設(shè)是上海超大城市精細(xì)化管理的重要抓手，也是破解垃圾圍城、建設(shè)生態(tài)之城的關(guān)鍵舉措。2017 年，上海生活垃圾產(chǎn)生量已達(dá)7.430 7×106t［1］，人均生活垃圾產(chǎn)生量307 kg/（人·a）。根據(jù)上海市綠化市容“十三五”規(guī)劃，到“十三五”期末，上海要基本實(shí)現(xiàn)原生垃圾零填埋，規(guī)劃新增焚燒能力11 000 t/d［2］。目前，規(guī)劃的5 個新增焚燒項目已全部建成投產(chǎn)，焚燒能力達(dá)19 300 t/d。隨著各焚燒設(shè)施相繼建成投產(chǎn)，焚燒飛灰的處理處置問題日漸突出，如何進(jìn)一步規(guī)范飛灰的去向、解決焚燒廠二次污染的“最后一公里”問題，成為市局主管部門和行業(yè)人員新的關(guān)注點(diǎn)。

1 管理要求

上海將焚燒飛灰嚴(yán)格納入危險廢物管理框架內(nèi)進(jìn)行監(jiān)管，除了環(huán)保達(dá)標(biāo)方面的基本要求外，對其產(chǎn)生、暫存、預(yù)處理、運(yùn)輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)均嚴(yán)格按照危險廢物相關(guān)規(guī)定予以管理，因此，老港等焚燒項目一直被列為重點(diǎn)產(chǎn)廢單位，也相應(yīng)成為上海歷年危險廢物規(guī)范化管理的重點(diǎn)檢查對象。

2012 年12 月，上海市環(huán)保局、綠化市容局印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)本市生活垃圾焚燒飛灰環(huán)境管理的指導(dǎo)意見》（滬環(huán)保防〔2012〕501 號），提出擴(kuò)建嘉定危險廢物填埋場、啟用老港綜合填埋場飛灰填埋庫區(qū)、新建崇明生活垃圾填埋場危險廢物填埋庫區(qū)，以滿足上海焚燒飛灰安全處置需求。同時提出飛灰預(yù)處理技術(shù)要求，涵蓋了處置規(guī)模、密閉運(yùn)輸、浸出實(shí)驗(yàn)室、檢測、轉(zhuǎn)移聯(lián)單、管理制度、應(yīng)急預(yù)案等10 個方面。

2016 年7 月，市環(huán)保局、綠化市容局發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)本市生活垃圾焚燒飛灰環(huán)境管理的通知》（滬環(huán)保防〔2016〕271 號）。根據(jù)此要求，上海市所有生活垃圾焚燒設(shè)施均應(yīng)在焚燒廠內(nèi)配套建設(shè)飛灰預(yù)處理設(shè)施，江橋、御橋項目要求結(jié)合設(shè)備大修，于2016 年11 月底前配套飛灰預(yù)處理設(shè)施。所有焚燒項目飛灰均執(zhí)行GB 18598—2001 危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)，廠內(nèi)穩(wěn)定化預(yù)處理后相應(yīng)送至老港綜合填埋場飛灰填埋庫區(qū)（除崇明焚燒廠外其余所有焚燒項目） 或崇明生活垃圾填埋場飛灰?guī)靺^(qū)（崇明焚燒廠） 安全填埋。

2019 年5 月，上海市廢棄物管理處明確指出：每批次穩(wěn)定化飛灰應(yīng)有檢測報告證明達(dá)標(biāo)，原則上每天螯合的飛灰視為1 個批次。

目前，上海市各焚燒設(shè)施已基本完成廠內(nèi)飛灰浸出實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和人員配置，基本具備廠內(nèi)自測條件和能力。除老港項目外，均采用噸袋打包運(yùn)輸，以控制運(yùn)輸過程的揚(yáng)塵和二次污染。

2 產(chǎn)生量與去向

目前，上海已建成并投產(chǎn)生活垃圾焚燒設(shè)施10 座（市屬設(shè)施3 座、區(qū)屬設(shè)施7 座），焚燒能力19 300 t/d，如表1 所示。

表1 上海已建成焚燒設(shè)施

2017 年，上海全年焚燒量合計3.608 1×106t，占當(dāng)年無害化處理總量的48.6%［1］，人均焚燒量達(dá)149.22 kg/（人·a），遠(yuǎn)超全國67.06 kg/（人·a） 的整體水平，低于江蘇、浙江、海南和北京。與歐盟相比，上海人均焚燒量略超出歐盟2017 年133 kg/（人·a） 的水平，但和芬蘭（299 kg/（人·a））、丹麥（413 kg/（人·a）） 等國家比尚有較大差距。從焚燒占比來看，上海已接近芬蘭（58.6%）、丹麥（52.9%）［3］。

飛灰產(chǎn)生量受入爐垃圾特性、焚燒工藝、煙氣輔料投加量等影響較大，一般流化床的氣灰產(chǎn)生量約占焚燒量的20%，爐排爐焚燒飛灰產(chǎn)生量約占焚燒量的2%～5%［4］。根據(jù)2017 年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，上海焚燒飛灰產(chǎn)生量合計達(dá)7.9×104t，各焚燒項目飛灰產(chǎn)生量年均值在1.13%～5.45%，全年總產(chǎn)生量2.20%（入廠比，原灰產(chǎn)生量按照填埋量的80%估算）。

根據(jù)滬環(huán)保防〔2016〕271 號文要求，目前上海有老港、崇明2 座生活垃圾填埋場允許接收經(jīng)穩(wěn)定化預(yù)處理的生活垃圾焚燒飛灰，均為分區(qū)單獨(dú)填埋，執(zhí)行GB 18598—2001 入場標(biāo)準(zhǔn)。其中，除崇明生活垃圾焚燒廠飛灰送至崇明填埋場外，其余上海焚燒項目均送至老港進(jìn)行填埋。各填埋終端均取得危險廢物經(jīng)營許可資質(zhì)，不執(zhí)行危險廢物名錄的豁免政策。

3 典型案例

上海某焚燒設(shè)施處理規(guī)模為3 000 t/d，配置750 t/d×4 機(jī)械爐排爐焚燒爐+70.6 t/h×4 余熱鍋爐+30 MW×2 凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，煙氣凈化系統(tǒng)采用爐內(nèi)噴尿素+減溫塔+消石灰噴射+活性炭噴射+袋式除塵器+濕式洗滌塔+煙氣再熱工藝，煙氣排放指標(biāo)滿足歐盟2000 標(biāo)準(zhǔn)。

飛灰穩(wěn)定化系統(tǒng)處理對象是煙氣凈化系統(tǒng)（減溫塔和布袋除塵器） 收集的焚燒飛灰，處理規(guī)模64 t/d，采用的飛灰穩(wěn)定化工藝為“有機(jī)螯合劑+水”，穩(wěn)定化后的飛灰滿足GB 18598—2001 規(guī)定的入場要求后，由具有資質(zhì)的專有車輛運(yùn)至老港綜合填埋場的飛灰專用庫區(qū)進(jìn)行安全填埋。磷酸鹽工藝和水泥工藝系統(tǒng)僅作為備用，正常運(yùn)行時暫不啟用。飛灰穩(wěn)定化系統(tǒng)處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 上海某焚燒設(shè)施飛灰穩(wěn)定化系統(tǒng)工藝流程

3.1 試驗(yàn)材料和方法

3.1.1 飛灰樣品采集

試驗(yàn)原灰樣品采集自本焚燒設(shè)施全部焚燒線穩(wěn)定運(yùn)行期間的飛灰稱重斗，是4 條煙氣凈化線混合得到的飛灰，穩(wěn)定化后飛灰（螯合灰） 采集自飛灰穩(wěn)定化車間序批式混煉機(jī)出口，原灰和螯合灰為同一批次樣品，當(dāng)日螯合劑投加比為原灰的4.1%。

3.1.2 元素組分分析

采用SHIMUDZU 公司的EDX-7000 能量色散型X 射線熒光分析儀（XRF） 分析飛灰樣品的原始組分，Rh 靶X 射線管，最大工作電壓50 kV，最大電流1 mA，最大功率50 W。

3.1.3 浸出毒性測試

按照GB 18598—2001 規(guī)定的HJ 557—2010 固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法對飛灰進(jìn)行浸出預(yù)處理，按照10∶1 的液固比加入浸提劑（水），在室溫下水平振蕩8 h 后靜置16 h，用微孔濾膜過濾并收集浸出液。

按照GB 16889—2008 生活垃圾填埋場污染物控制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的HJ/T 300—2007 固體廢物 浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法對飛灰進(jìn)行浸出預(yù)處理，按照20∶1 的液固比加入浸提劑（用試劑水稀釋17.25mL的冰醋酸至1L，pH 為2.64±0.05），翻轉(zhuǎn)振蕩（18±2） h 后用微孔濾膜過濾并收集浸出液。

對于收集到的不同方法制得的浸出液，Pb、Cd、Ni、Cu、Zn、Ba、Be、Cr 元素濃度采用等離子發(fā)射光譜法，pH 采用玻璃電極法。

3.2 結(jié)果與討論

3.2.1 物理表征

生活垃圾焚燒飛灰外觀呈灰色、灰白色粉末，含水率僅為0.7%。從飛灰產(chǎn)生量來看，該焚燒設(shè)施飛灰產(chǎn)率較低，2017 年月均飛灰產(chǎn)率為0.98%～1.26%（入廠比） 和1.17%～1.43%（入爐比），如圖2 所示。

圖2 不同焚燒設(shè)施飛灰產(chǎn)率（入爐比）與消石灰投加量關(guān)系

與其他焚燒項目相比，飛灰產(chǎn)率明顯較低，其原因可能與該項目首次采用干法+濕法組合煙氣工藝有關(guān)，采用濕法工藝后，消石灰的消耗量明顯減少，因此被布袋除塵器捕集的反應(yīng)產(chǎn)物也相應(yīng)減少，其飛灰產(chǎn)生量明顯低于干法、半干法焚燒設(shè)施。

3.2.2 元素組分分析

元素組分測試結(jié)果顯示，對于填埋入場標(biāo)準(zhǔn)所關(guān)注的重金屬元素，Zn、Pb 的含量最高，可達(dá)8 847.8 mg/kg 和2 936.7 mg/kg（圖3）。這是由于重金屬在焚燒爐內(nèi)的遷移分布受焚燒爐溫度直接影響，當(dāng)焚燒爐內(nèi)溫度由500～650 ℃升至800～900 ℃時，Cd、Pb、Sn 和Zn 的蒸發(fā)率大幅提高，而Cu、Co、Mn 和Ni 等高沸點(diǎn)重金屬元素幾乎不受影響［5］，因此Pb、Zn 大量遷移到飛灰中。

圖3 飛灰樣品重金屬元素含量

除了重金屬元素外，飛灰中含量最高的宏量元素是Ca 和Cl，這是由于該焚燒設(shè)施在去除煙氣酸性氣體的過程中，在布袋除塵器前投加了一定量的消石灰（Ca（OH）2），導(dǎo)致飛灰中Ca 含量較高；而Cl 元素來自于生活垃圾本身含有的塑料制品、有機(jī)組分［6］，焚燒過程中揮發(fā)冷凝或生成HCl 與消石灰反應(yīng)，最終進(jìn)入到飛灰中。不同的煙氣凈化工藝直接影響元素的含量和組成［7］。

3.2.3 重金屬浸出毒性

按照水平振蕩法（HJ 557—2010） 和醋酸緩沖溶液法（HJ/T 300—2007） 分析原灰和螯合灰樣品中各種重金屬的浸出濃度，結(jié)果如表2～表3 所示。經(jīng)水平振蕩法浸出時，原灰樣品Pb 浸出濃度達(dá)到127.2 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出安全填埋限值（5 mg/L）。與上海同類焚燒設(shè)施相比，該設(shè)施飛灰重金屬浸出濃度顯著較高（圖4），其原因：一方面該廠處理的是上海中心城區(qū)的生活垃圾，其分類狀況顯著優(yōu)于郊區(qū)，因此入廠生活垃圾熱值較高，每年都在不斷提高，導(dǎo)致焚燒爐超溫嚴(yán)重，特別是燃燒室，經(jīng)常出現(xiàn)1 100 ℃以上的超溫，加劇了Pb向飛灰中的遷移；另一方面，該設(shè)施采用干法+濕法組合煙氣工藝，消石灰投加量明顯低于同類項目，導(dǎo)致飛灰產(chǎn)生量很低，飛灰中的Pb 元素得到富集，從而提高了浸出濃度。

表2 HJ 557—2010 浸出毒性結(jié)果

表3 HJ/T 300—2007 浸出毒性結(jié)果

圖4 不同焚燒設(shè)施飛灰Pb 浸出毒性對比

醋酸浸出結(jié)果顯示，對于同一個樣品，不同浸出方式帶來的影響較大，以Pb 元素為例，醋酸浸出濃度為45.1 mg/L，水平振蕩浸出濃度明顯高于醋酸浸出濃度，不同設(shè)施、不同時間、不同地區(qū)的飛灰樣品已證實(shí)了該結(jié)果，因此不能單純靠浸出數(shù)值來評估特定飛灰樣品的處理難易程度，必須明確浸出方法綜合判斷。

無論何種浸出方式，飛灰浸出液都呈現(xiàn)強(qiáng)堿性，這是由于為了保證煙氣達(dá)標(biāo)排放，在布袋除塵器前通常投加過量的消石灰，反應(yīng)剩余的部分則隨煙氣顆粒物被布袋捕集，形成飛灰，因此飛灰中含有大量的消石灰成分，導(dǎo)致整體呈強(qiáng)堿性。Pb 的浸出過程主要表現(xiàn)為吸附/沉淀機(jī)制［8］，該過程對pH 較為敏感，Pb 作為兩性金屬，在強(qiáng)堿性條件下更容易浸出到外界環(huán)境。

Pb 浸出濃度高為達(dá)標(biāo)處理帶來了一定難度，為此，該設(shè)施在螯合劑遴選、投加方式、混煉均勻度等方面進(jìn)行了持續(xù)改進(jìn)，確保螯合后飛灰滿足GB 18598—2001 的入場要求。測試結(jié)果顯示，投加4.1%的有機(jī)螯合劑后，飛灰樣品穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)論

1） 2017 年，上海生活垃圾焚燒量已達(dá)3.608 1×106t，飛灰產(chǎn)生量達(dá)到7.9×104t。上海正不斷加強(qiáng)飛灰預(yù)處理、運(yùn)輸和處置的全過程監(jiān)管。

2） 該焚燒設(shè)施的飛灰重金屬以Pb 為主，且Pb 浸出毒性顯著高于同類其他設(shè)施，HJ 557—2010 浸出預(yù)處理條件下達(dá)到127.2 mg/L，其原因主要包括爐溫升高促進(jìn)Pb 向飛灰的遷移和濕法煙氣工藝帶來的飛灰富集作用。

3） 不同浸出預(yù)處理方法對浸出結(jié)果影響很大，同一樣品在水平振蕩法（水浸出） 下浸出濃度顯著高于醋酸緩沖溶液法浸出濃度。

4） 投加4.1%的有機(jī)螯合劑后，該飛灰樣品可穩(wěn)定滿足GB 18598—2001 和GB 16889—2008 的入場要求，可入場填埋。